Այս չիպի գալուստը փոխեց չիպերի մշակման ընթացքը։
1970-ականների վերջին 8-բիթային պրոցեսորները դեռևս ամենաառաջադեմ տեխնոլոգիան էին այդ ժամանակ, և CMOS պրոցեսները կիսահաղորդչային ոլորտում անբարենպաստ վիճակում էին։ AT&T Bell Labs-ի ինժեներները համարձակ քայլ կատարեցին դեպի ապագա՝ համատեղելով առաջադեմ 3.5 միկրոն CMOS արտադրական պրոցեսները նորարարական 32-բիթային պրոցեսորային ճարտարապետությունների հետ՝ փորձելով գերազանցել մրցակիցներին չիպերի արտադրողականության առումով՝ գերազանցելով IBM-ին և Intel-ին։
Չնայած նրանց գյուտը՝ Bellmac-32 միկրոպրոցեսորը, չկարողացավ հասնել նախորդ արտադրանքի, ինչպիսին է Intel 4004-ը (թողարկվել է 1971 թվականին), առևտրային հաջողությանը, դրա ազդեցությունը խորն էր։ Այսօր գրեթե բոլոր սմարթֆոնների, նոութբուքերի և պլանշետների չիպերը հիմնված են Bellmac-32-ի կողմից առաջ մղված լրացուցիչ մետաղ-օքսիդային կիսահաղորդչային (CMOS) սկզբունքների վրա։
Մոտենում էին 1980-ականները, և AT&T-ն փորձում էր վերափոխվել։ Տասնամյակներ շարունակ «Մայր զանգ» մականունով հեռահաղորդակցության հսկան գերիշխում էր Միացյալ Նահանգների ձայնային կապի բիզնեսում, և նրա դուստր ձեռնարկությունը՝ Western Electric-ը, արտադրում էր ամերիկյան տներում և գրասենյակներում գրեթե բոլոր տարածված հեռախոսները։ ԱՄՆ դաշնային կառավարությունը հակամենաշնորհային հիմքերով կոչ արեց AT&T-ի բիզնեսի բաժանմանը, սակայն AT&T-ն հնարավորություն տեսավ մուտք գործել համակարգչային ոլորտ։
Քանի որ համակարգչային ընկերություններն արդեն լավ հաստատված էին շուկայում, AT&T-ի համար դժվար էր հասնել նրանց. նրանց ռազմավարությունն էր առաջ անցնելը, իսկ Bellmac-32-ը նրա ցատկահարթակն էր։
Bellmac-32 չիպերի ընտանիքը պարգևատրվել է IEEE Milestone Award-ով: Շնորհանդեսի արարողությունները տեղի կունենան այս տարի Nokia Bell Labs-ի Մարեյ Հիլլում (Նյու Ջերսի) և Մաունթին Վյուում (Կալիֆոռնիա) գտնվող Համակարգչային պատմության թանգարանում գտնվող տարածքում:
ՄԻԱԿ ՉԻՊ
8-բիթային չիպերի արդյունաբերական ստանդարտին հետևելու փոխարեն, AT&T-ի ղեկավարները մարտահրավեր նետեցին Bell Labs-ի ինժեներներին մշակել հեղափոխական արտադրանք՝ առաջին առևտրային միկրոպրոցեսորը, որը կարող էր մեկ ժամացույցի ցիկլում փոխանցել 32 բիթ տվյալ: Սա պահանջում էր ոչ միայն նոր չիպ, այլև նոր ճարտարապետություն, որը կարող էր կարգավորել հեռահաղորդակցության կոմուտացիաները և ծառայել որպես ապագայի հաշվողական համակարգերի հիմք:
«Մենք պարզապես ավելի արագ չիպ չենք կառուցում», - ասաց Մայքլ Քոնդրին, որը ղեկավարում է Bell Labs-ի Հոլմդել, Նյու Ջերսի, օբյեկտի ճարտարապետական խումբը: «Մենք փորձում ենք նախագծել մի չիպ, որը կարող է աջակցել և՛ ձայնային, և՛ հաշվարկային համակարգերին»:
Այդ ժամանակ CMOS տեխնոլոգիան համարվում էր NMOS և PMOS նախագծերի խոստումնալից, բայց ռիսկային այլընտրանք։ NMOS չիպերը ամբողջությամբ հիմնված էին N-տիպի տրանզիստորների վրա, որոնք արագ էին, բայց էներգասպառող, մինչդեռ PMOS չիպերը հիմնված էին դրական լիցքավորված անցքերի շարժման վրա, ինչը չափազանց դանդաղ էր։ CMOS-ը օգտագործում էր հիբրիդային դիզայն, որը մեծացնում էր արագությունը՝ միաժամանակ խնայելով էներգիա։ CMOS-ի առավելությունները այնքան համոզիչ էին, որ արդյունաբերությունը շուտով հասկացավ, որ նույնիսկ եթե անհրաժեշտ է կրկնակի շատ տրանզիստորներ (NMOS և PMOS յուրաքանչյուր դարպասի համար), դա արժեր դրան։
Մուրի օրենքով նկարագրված կիսահաղորդչային տեխնոլոգիայի արագ զարգացման հետ մեկտեղ, տրանզիստորի խտության կրկնապատկման արժեքը դարձավ կառավարելի և, ի վերջո, աննշան։ Սակայն, երբ Bell Labs-ը ձեռնամուխ եղավ այս բարձր ռիսկային ռիսկին, մեծածավալ CMOS արտադրության տեխնոլոգիան դեռևս ապացուցված չէր, և արժեքը համեմատաբար բարձր էր։
Սա չվախեցրեց Bell Labs-ին։ Ընկերությունը, օգտագործելով Հոլմդելի, Մյուրեյ Հիլի և Նեյփերվիլի (Իլինոյս) մասնաճյուղերի փորձը, կազմեց կիսահաղորդչային ինժեներների «երազանքի թիմ»։ Թիմի կազմում էին Քոնդրին, չիպերի նախագծման ոլորտի ծագող աստղ Սթիվ Քոնը, մեկ այլ միկրոպրոցեսորների դիզայներ Վիկտոր Հուանգը և AT&T Bell Labs-ի տասնյակ աշխատակիցներ։ Նրանք սկսեցին տիրապետել նոր CMOS գործընթացի 1978 թվականին և զրոյից կառուցել 32-բիթանոց միկրոպրոցեսոր։
Սկսեք դիզայնի ճարտարապետությունից
Քոնդրեյը նախկինում IEEE-ի անդամ էր, իսկ ավելի ուշ՝ Intel-ի գլխավոր տեխնոլոգիական տնօրեն։ Նրա գլխավորած ճարտարապետական թիմը նվիրված էր Unix օպերացիոն համակարգին և C լեզվին բնիկ կերպով աջակցող համակարգի կառուցմանը։ Այդ ժամանակ և՛ Unix-ը, և՛ C լեզուն դեռևս սկզբնական փուլում էին, բայց դատապարտված էին գերիշխելու։ Այդ ժամանակվա կիլոբայթերի (KB) չափազանց արժեքավոր հիշողության սահմանը հաղթահարելու համար նրանք ներկայացրին բարդ հրահանգների հավաքածու, որը պահանջում էր ավելի քիչ կատարման քայլեր և կարող էր առաջադրանքներ կատարել մեկ ժամացույցի ցիկլի ընթացքում։
Ինժեներները նաև նախագծել են չիպեր, որոնք աջակցում են VersaModule Eurocard (VME) զուգահեռ ավտոբուսին, որը հնարավորություն է տալիս բաշխված հաշվարկներ կատարել և թույլ է տալիս բազմաթիվ հանգույցներին զուգահեռ մշակել տվյալները: VME-համատեղելի չիպերը նաև հնարավորություն են տալիս դրանք օգտագործել իրական ժամանակի կառավարման համար:
Թիմը գրեց Unix-ի իր սեփական տարբերակը և այն տվեց իրական ժամանակի հնարավորություններ՝ արդյունաբերական ավտոմատացման և նմանատիպ ծրագրերի հետ համատեղելիությունն ապահովելու համար: Bell Labs-ի ինժեներները նաև հորինեցին դոմինոյի տրամաբանությունը, որը մեծացրեց մշակման արագությունը՝ նվազեցնելով բարդ տրամաբանական դարպասների ուշացումները:
Bellmac-32 մոդուլի միջոցով մշակվեցին և ներդրվեցին լրացուցիչ փորձարկման և ստուգման մեթոդներ, որոնք Ջեն-Հսուն Հուանգի գլխավորած բարդ բազմակի չիպային ստուգման և փորձարկման նախագիծ էին, որը բարդ չիպերի արտադրության մեջ հասավ զրոյական կամ գրեթե զրոյական թերությունների: Սա աշխարհում առաջին անգամն էր շատ մեծածավալ ինտեգրալ սխեմաների (VLSI) փորձարկման ոլորտում: Bell Labs-ի ինժեներները մշակեցին համակարգված ծրագիր, բազմիցս ստուգեցին իրենց գործընկերների աշխատանքը և, ի վերջո, հասան անխափան համագործակցության բազմաթիվ չիպային ընտանիքների միջև, ինչը հանգեցրեց ամբողջական միկրոհամակարգչային համակարգի ստեղծմանը:
Հաջորդը ամենադժվար մասն է՝ չիպի արտադրությունը։
«Այդ ժամանակ դասավորությունը, փորձարկումը և բարձր արտադրողականությամբ արտադրական տեխնոլոգիաները շատ սակավ էին», - հիշում է Կանգը, որը հետագայում դարձավ Կորեայի առաջադեմ գիտության և տեխնոլոգիայի ինստիտուտի (KAIST) նախագահ և IEEE-ի անդամ: Նա նշում է, որ չիպի լրիվ ստուգման համար CAD գործիքների բացակայությունը ստիպեց թիմին տպել Calcomp-ի մեծ չափերի նկարներ: Այս սխեմաները ցույց են տալիս, թե ինչպես պետք է տրանզիստորները, լարերը և միջմիավորները դասավորվեն չիպի մեջ՝ ցանկալի արդյունք ստանալու համար: Թիմը դրանք հավաքեց հատակին՝ ժապավենի միջոցով, կազմելով հսկա քառակուսի նկար, որի կողմը ավելի քան 6 մետր էր: Կանգը և նրա գործընկերները գունավոր մատիտներով ձեռքով նկարեցին յուրաքանչյուր սխեմա՝ փնտրելով կոտրված միացումներ և համընկնող կամ անպատշաճ կերպով մշակված միջմիավորներ:
Երբ ֆիզիկական դիզայնն ավարտվեց, թիմը բախվեց մեկ այլ մարտահրավերի՝ արտադրությանը։ Չիպերը արտադրվում էին Փենսիլվանիա նահանգի Ալենթաուն քաղաքում գտնվող Western Electric գործարանում, սակայն Կանգը հիշում է, որ արտադրողականության մակարդակը (վեֆլիի վրա չիպերի այն տոկոսը, որը համապատասխանում էր կատարողականի և որակի չափանիշներին) շատ ցածր էր։
Այս խնդիրը լուծելու համար Կանգը և նրա գործընկերները ամեն օր Նյու Ջերսիից մեքենայով գալիս էին գործարան, ծալում էին թևքերը և անում այն ամենը, ինչ անհրաժեշտ էր, այդ թվում՝ մաքրում հատակը և ստուգում փորձարկման սարքավորումները՝ համերաշխություն ձևավորելու և բոլորին համոզելու համար, որ գործարանի կողմից երբևէ փորձ արված ամենաբարդ արտադրանքը իսկապես կարող է արտադրվել այնտեղ։
«Թիմի կառուցման գործընթացը սահուն ընթացավ», - ասաց Կանգը։ «Մի քանի ամիս անց Western Electric-ը կարողացավ արտադրել բարձրորակ չիպեր այնպիսի քանակություններով, որոնք գերազանցեցին պահանջարկը»։
Bellmac-32-ի առաջին տարբերակը թողարկվել է 1980 թվականին, սակայն այն չի արդարացրել սպասումները։ Դրա նպատակային հաճախականությունը ընդամենը 2 ՄՀց էր, այլ ոչ թե 4 ՄՀց։ Ինժեներները հայտնաբերել են, որ այդ ժամանակ իրենց կողմից օգտագործվող ժամանակակից Takeda Riken փորձարկման սարքավորումները թերի էին, զոնդի և փորձարկման գլխիկի միջև փոխանցման գծի ազդեցությունները հանգեցնում էին անճշտ չափումների։ Նրանք համագործակցել են Takeda Riken թիմի հետ՝ չափման սխալները շտկելու համար ուղղման աղյուսակ մշակելու համար։
Երկրորդ սերնդի Bellmac չիպերն ունեին 6.2 ՄՀց-ից բարձր, երբեմն՝ մինչև 9 ՄՀց հաճախականություն։ Այդ ժամանակ սա համարվում էր բավականին արագ։ IBM-ի կողմից իր առաջին համակարգչում 1981 թվականին թողարկված 16-բիթանոց Intel 8088 պրոցեսորն ուներ ընդամենը 4.77 ՄՀց հաճախականություն։
Ինչու՞ Bellmac-32-ը չհաջողվեց«դառնալ հիմնական հոսանք
Չնայած իր խոստումնալից լինելուն, Bellmac-32 տեխնոլոգիան լայնորեն չընդունվեց առևտրային շուկայում: Քոնդրեյի խոսքով՝ AT&T-ն սկսել է դիտարկել սարքավորումներ արտադրող NCR ընկերությունը 1980-ականների վերջին, իսկ ավելի ուշ դիմել է ձեռքբերումների, ինչը նշանակում է, որ ընկերությունը որոշել է աջակցել չիպերի տարբեր արտադրական գծերի: Այդ ժամանակ Bellmac-32-ի ազդեցությունը սկսել էր աճել:
«Bellmac-32-ից առաջ NMOS-ը գերիշխող դիրք էր գրավում շուկայում», - ասաց Քոնդրին: «Սակայն CMOS-ը փոխեց իրավիճակը, քանի որ ապացուցեց, որ այն ավելի արդյունավետ միջոց է գործարանում այն ներդնելու համար»:
Ժամանակի ընթացքում այս գիտակցումը վերաձևավորեց կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը։ CMOS-ը կդառնար ժամանակակից միկրոպրոցեսորների հիմքը՝ խթանելով թվային հեղափոխությունը այնպիսի սարքերում, ինչպիսիք են սեղանադիր համակարգիչները և սմարթֆոնները։
Bell Labs-ի համարձակ փորձը՝ օգտագործելով չփորձարկված արտադրական գործընթաց և ընդգրկելով չիպային ճարտարապետության մի ամբողջ սերունդ, կարևորագույն իրադարձություն էր տեխնոլոգիայի պատմության մեջ։
Ինչպես պրոֆեսոր Կանգն է ասում. «Մենք հնարավորի առաջնագծում էինք։ Մենք պարզապես չէինք հետևում արդեն իսկ գոյություն ունեցող ուղուն, այլ նոր ճանապարհ էինք բացում»։ Պրոֆեսոր Հուանգը, որը հետագայում դարձավ Սինգապուրի միկրոէլեկտրոնիկայի ինստիտուտի փոխտնօրեն և նաև IEEE-ի անդամ, ավելացնում է. «Սա ներառում էր ոչ միայն չիպերի ճարտարապետությունն ու նախագծումը, այլև չիպերի լայնածավալ ստուգումը՝ CAD-ի միջոցով, բայց առանց այսօրվա թվային սիմուլյացիոն գործիքների կամ նույնիսկ հացաթխերի (էլեկտրոնային համակարգի սխեմայի նախագծումը չիպերի միջոցով ստուգելու ստանդարտ միջոց, նախքան սխեմայի բաղադրիչները մշտապես միացնելը)»։
Քոնդրին, Կանգը և Հուանգը ջերմությամբ են հիշում այդ ժամանակը և հիացմունք են հայտնում AT&T-ի բազմաթիվ աշխատակիցների հմտության և նվիրվածության համար, որոնց ջանքերի շնորհիվ հնարավոր դարձավ Bellmac-32 չիպերի ընտանիքի ստեղծումը։
Հրապարակման ժամանակը. Մայիսի 19-2025